3D-tiskanje velikega obsega vključuje različne tehnologije in materiale ter se uporablja na številnih področjih. Pravzaprav je definicija "velikega" relativna in ni fiksnega standarda. Na splošno so hiše, čolni in veliko pohištvo veliki predmeti. 3D-tiskanje velikega obsega je postopoma postalo glavni tok na trgu, saj se proizvajalci, umetniki in podjetja odločajo za 3D-tiskanje, da bi zadovoljili svoje potrebe po obsežnih izdelkih. Razvijalci korak za korakom prebijajo velikost 3D tiskalnikov, prebijajo tehnične meje in tiskajo več in večje izdelke. Kakšna so torej področja uporabe obsežnega 3D-tiskanja? Kaj pa veliki 3D tiskalniki?
Velikost izdelka je pogosto odvisna od tehnologije in materialov, potrebno pa je najti ravnovesje med natančnostjo in velikostjo, zato je izbira pravega 3D tiskalnika ključen dejavnik uspeha. Programska oprema ima tudi pomembno vlogo pri ustvarjanju velikih izdelkov, saj je najboljši način za tiskanje velikih predmetov pogosto ta, da jih natisnete po delih in jih sestavite. 3D-tiskani izdelki velikega obsega vključujejo, vendar niso omejeni na naslednje elemente:
● Zasloni, rekviziti in oznake
● Hiše in arhitekturni elementi
●Industrijski in kovinski deli
●Pohištvo in vozila
△Center za biotsko raznovrstnost Naturalis na Nizozemskem ima lasten laboratorij za 3D-tiskanje in je uporabil dva 3D-tiskalnika Builder Extreme 1500 Pro za izdelavo replike tiranozavra reksa.
●Muzej dinozavrov brez tiranozavra reksa zagotovo ni pravi muzej! Na podlagi 3D skeniranja dejanskega fosila T. rexa je japonski muzej dinozavrov 3D natisnil 12-meter dolgo in 5-metrsko visoko repliko kot velik del, natisnjen z uporabo dveh velikih Builder Extreme 3D-tiskalniki, ki uporabljajo plastične filamente PLA.
●Muzejski kustosi, oblikovalci filmskih scen in rekvizitov, zabaviščni parki, proizvajalci razstav za konference in svetovne razstave itd. prav tako izberejo 3D-tiskalnike velikega formata, da pospešijo proizvodnjo. Poleg hitrosti in stroškovnih prednosti ima pomembno vlogo tudi programska oprema za računalniško podprto načrtovanje (CAD). Velik učinek, ne potrebujete več nobene umetne skulpture ali sekundarne stvaritve. Poleg tega je na voljo ogromno različnih materialov, od ultra lahke pene do izjemno vzdržljivega najlona, polnjenega z ogljikovimi vlakni.
△Umetnik prekriva 17-metrov visoko 3D-natisnjeno repliko Michelangelovega Davida, poustvarjenega za Expo 2020 v Dubaju
●Ta 17-metrov visok Michelangelov David, natisnjen v 3D, je bil predstavljen na Expo 2020 v Dubaju za promocijo turizma v Firencah. Nemogoče je, da bi dovolj velik polimerni 3D-tiskalnik izdelal eno samo repliko z izjemno natančnimi podrobnostmi, zato je bil razdeljen na 14 natisljivih delov in nato ročno sestavljen z marmorno zunanjostjo, ročno poslikano. Znotraj 3D-natisnjenega Davida je mrežasta mrežasta struktura, ki pomaga ohranjati njegovo težo pri samo 550 kg, vendar ima dovolj moči za pravilno pakiranje in pošiljanje.
△Germany's Styles Werbetechnik uporablja obsežne tiskalnike FDM Tractus3D za izdelavo osvetljenih znakovnih črk hitreje kot tradicionalne metode
●Styles Werbetechnik, nemško podjetje za proizvodnjo napisov, je izbralo obsežno tehnologijo 3D-tiskanja za izdelavo zunanjih napisov. Ne samo, da je podjetje želelo pospešiti proizvodnjo, ampak je želelo tudi izdelovati pisma v podjetju, namesto da bi se zanašalo na standardne oblike črk čezmorskih proizvajalcev. Podjetje pravi, da uporaba polimernega FDM tiska ponuja neomejene možnosti oblikovanja za izdelavo konturiranih črk. Na primer, globina črk za osvetljene znake je pri tradicionalnih metodah omejena na najmanj 60 mm, pri 3D-tiskanju pa se lahko zmanjša na 30 mm. Delujejo lahko tudi zvečer in ob koncu tedna, s čimer se pospeši proizvodni čas, saj med postopkom ni treba skrbeti za 3D-tiskalnike.
△Muzej Smithsonian je 3D natisnil 120 kipov voditeljic na področju STEM v naravni velikosti
Leta 2022 je Smithsonian Institution v Washingtonu DC odprl razstavo v čast znanstvenicam, vključno s 120 3D-natisnjenimi kipi v naravni velikosti. Imenuje se "IfThenSheCan – The Exhibit" in je doslej največja zbirka ženskih kipov, od katerih je bil vsak natisnjen s tehnologijo FDM.
hiše in arhitekturni elementi
Ko gre za velike projekte 3D tiskanja, so stanovanjski projekti seveda nepogrešljivi. Medtem ko je le malo zgradb natisnjenih izključno s 3D (pogosto zahtevajo ali vključujejo strukturne podpore, kot so jeklena ojačitev ali tradicionalne lesene konstrukcije), lahko 3D-tiskanje služi zaradi svoje hitrosti, prihranka pri delu in strukturne vzdržljivosti. Za dom in hotel. Svetovni gradbeni trg 3D-tiskanja naj bi se v naslednjih petih letih povečal za skoraj 20 odstotkov.
●Dvonadstropno stavbo na spodnji sliki sta skupaj dokončali podjetji za arhitekturno načrtovanje in inženiring Hannah in Cive ter Peri 3D Construction, ki sta zagotovila 3D tiskalnike. Hiša s 4000-kvadratnimi metri je bila prodana anonimnemu dražitelju in bo trajala skupno dve leti. Perijev portalni tiskalnik Cobod Bod2, vodilni tiskalnik v arhitekturi 3D-tiskanja, se uporablja za ekstrudiranje specializiranih betonskih mešanic za ustvarjanje stopnišč in drugih funkcionalnih struktur, pri tem projektu pa je bilo natisnjenih skupno 330 ur.
slika
△Prva v celoti 3D natisnjena dvonadstropna hiša v ZDA se nahaja v Houstonu
●Poleg gradnje zgradb se 3D-tiskalniki široko uporabljajo za arhitekturne elemente, vključno s fasadami in zgodovinskimi značilnostmi za obnovo, ter za notranjo opremo, vključno s stenami, zasloni in pregradami prostorov. Obstajajo celo 3D natisnjena tla, 3D natisnjeni mostovi in 3D natisnjeni umetni koralni grebeni. Betonom podobni materiali niso edina možnost pri gradnji, svojo vlogo imajo tudi polimeri. Branch Technology je specializirano za obsežno 3D-tiskanje z uporabo robotskih polimernih ekstruderjev, ki ustvarjajo vse od skulptur do vesoljskih habitatov. Njegov inovativni sistem gradbenih plošč, imenovan BranchClad, odpira nove priložnosti za gradbene fasade. Samo poglejte lunino površino, nameščeno na operativni strani novega vesoljskega tabora ameriškega vesoljskega in raketnega centra (spodaj). Fasade, ustvarjene z uporabo digitalnih skeniranj lune, izkazujejo osupljivo zvestobo lunini površini. Pozitivni kalup lunarnega vzorca je bil 3D natisnjen in nato pobarvan s štukaturo.
slika
△ Nova 3D-natisnjena lunina stena Branch Technology je nameščena ob strani novega vesoljskega taborišča ameriškega vesoljskega in raketnega centra
Industrijski in kovinski deli
slika
△Kovinski 3D-tiskalnik Stargate podjetja Relativity Space
●Proizvajalec raket Relativity Space trdi, da je njegova 3D-natisnjena raketa Terran 1 največja posamezna 3D-natisnjena struktura doslej, visoka je 35,2 metra in ima premer 2,3 metra. Raketa naslednje generacije podjetja, Terran R, je prav tako velika. Oba sta 3D-natisnjena na lastniško kovino s pomočjo 3D-tiskalnika Stargate podjetja z uporabo robotsko usmerjene tehnologije nanašanja energije. Relativity Space je dejal, da je sposobnost rakete, da prenese stres ob izstrelitvi, velika zmaga, ki dokazuje strukturno celovitost njene kovinske metode 3D tiskanja.
slika
△ Nizozemska kraljica Maxima je uradno odprla kovinski 3D tiskarski most MX3D.
●Kovinski most čez amsterdamski kanal, ki ga je zasnoval laboratorij Jorisa Laarmana, je natisnil MX3D z uporabo tehnologije aditivne izdelave z robotskim lokom. 12-metrski »pametni most« iz nerjavečega jekla vključuje vgrajeno senzorsko mrežo, ki amsterdamskim raziskovalcem pomaga preučevati vlogo sistemov IoT v grajenem okolju. Struktura, razvita z uporabo tehnik generativnega oblikovanja in optimizacije topologije, je izjemno lahka. Most MX3D prikazuje tudi uporabo kovinskega 3D tiskanja v umetnosti in kiparstvu.
●Spodaj je še eno delo tiskanja MX3D, ki sta ga postavila umetnika Mariagrazia Abbaldo in Paolo Albertelli v Torinu, italijanskem kraljevem vrtu. 880 kg težka skulptura, ki so jo poimenovali "prehod kitov", prikazuje plavuti kita, ki gre mimo s tal. Vsi modeli, izdelani med tem projektom, so bili 3D natisnjeni.
slika
△»Whale Pass« sta oblikovala Mariagrazia Abbaldo in Paolo Albertelli, 3D-natisnil pa MX3D
●Velik kovinski 3D-tiskanje se lahko uporablja v številnih panogah, pri čemer lahko podjetja v industriji pomorstva, nafte in plina ter težke gradbene opreme izdelajo velike dele hitreje, pogosto na kraju samem. Na primer, spodnji ladijski propeler je bil 3D-natisnjen s tehnologijo WAAM, da se je proizvedla skoraj neto oblika, ki je bila nato obdelana do strožjih toleranc. V tem primeru WAAM nadomesti kovanje in ga je mogoče narediti bližje mestu, kjer je potrebno, z manj surovin.
slika
△Ta ladijski propeler je eden prvih primerov industrijske uporabe tehnologije WAAM
● 3D-tiskanje kovine lahko tudi zmanjša težo delov, saj lahko 3D-tiskanje ustvari oblike, ki jih ni mogoče doseči s kovanjem ali litjem. Del podvozja letala (spodaj), ki meri 455 x 295 x 805 mm, je po navedbah proizvajalca tiskalnikov SLM Solutions prvi na svetu 3D natisnjen del z lasersko prašno fuzijo. Ne samo, da je del 15 odstotkov lažji od tradicionalnih kovanih delov, ampak tehnologija tudi skrajša čas preobrata. Ker je komponenta del sistema, ki prenaša obremenitve s koles na strukturo letala, je zaradi trdnosti izdelana iz titana. Izbira materialov daje delu močne mehanske lastnosti, hkrati pa je odporen proti koroziji brez potrebe po premazu, natisnjen s štirikolesnim tiskalnikom SLM 800 3D. "Aditivna proizvodnja pomaga prihraniti čas v fazi kvalifikacij in certificiranja s hitro dostavo delov za testiranje. Večje komponente lahko proizvedemo v nekaj dneh, uporaba postopka kovanja pa traja več mesecev."
slika
△3D natisnjeni deli prednjega podvozja za zasebna letala
3D-tiskanje velikih kalupov za ulivanje kovinskih delov je pomembna uporaba obsežnega 3D-tiskanja. Za kovinske industrijske dele, ki jih je treba uliti, je korak izdelave kalupa težaven in dolgotrajen. S peščenimi 3D tiskalniki lahko proizvajalci 3D tiskajo peščene ulitke in kalupe neposredno brez potrebe po modelih v polnem merilu. Voxlejetov VX4000 je največji 3D-tiskalnik za ulivanje v pesek na svetu in uporablja tehnologijo brizganja veziva za izdelavo ne le ogromnih kalupov, ampak na tisoče njih v enem samem procesu tiskanja.
slika
△Voxlejet-ov tiskalnik VX4000 (Vir: Voxeljet)
pohištvo in vozila
slika
△Stol izdelan iz enega kosa s 3D tiskalnikom WASP.
● Notranji oblikovalci se postopoma odločajo tudi za 3D-tiskanje velikega formata za uresničitev kompleksnih dizajnov in uporabo edinstvenih materialov. Polimeri, zlasti reciklirana plastika, so najpogosteje uporabljeni materiali za 3D tiskano pohištvo, lahko pa tudi beton in kovino. Ta šolska miza v velikosti otroka v Gambiji (spodaj) je primer 3D-tiskanja, ki obravnava praktične potrebe. Ta lahek in trpežen dizajn je mogoče izdelati iz reciklirane plastike, kar rešuje tudi problem plastičnih odpadkov. Model je bil natisnjen na 3D-tiskalniku Magnum pri The Industry Sweden v plastiki PETG, ki se običajno uporablja v steklenicah za pijače.
slika
△ Prototipne mize za preizkušanje 3D-natisnjenega koncepta šolskega pohištva v Gambiji, po možnosti z uporabo reciklirane plastike
●Obstaja nešteto primerov čudovitih 3D tiskanih stolov in miz, vključno s čudovito zbirko klubskih mizic podjetja NYXO Visionary Design (spodaj), izdelanih iz lahkega penastega PLA, natisnjenega na 3D tiskalniku Colossus XS.
slika
△ Serijo kiparskih miz Primavera je zasnovalo dubajsko podjetje za arhitekturo in oblikovanje izdelkov NYXO Visionary Design in natisnjeno s ColorFabb PLA na tiskalniku Colossus XS (Vir: Colossus)
Vpis v Guinnessovo knjigo rekordov kot največja 3D-natisnjena ladja in največji fizično 3D-natisnjen predmet doslej je 3D-natisnjena ladja na spodnji sliki, ki je dolga 7,72 metra. Čoln je leta 2019 natisnil Center za napredne strukture in kompozite na Univerzi Maine. Izdelan je iz plastike in lesne celuloze. 3D-tiskanje je trajalo le 72 ur, tehta pa 2,2 tone.
slika
△Popolnoma 3D natisnjen čoln v naravni velikosti, ki ga je izdelala Univerza Maine
● Proizvajalci koles so izbrali tudi tehnologijo 3D tiskanja za reševanje težav z varjenjem v svoji proizvodni verigi. Enodelni 3D-natisnjen okvir ne le prihrani čas, temveč omogoča nove stopnje svobode oblikovanja, ki ni omejena s strukturnimi spoji. Proizvajalec koles je izdelal modele iz titana, jekla in kompozitov iz ogljikovih vlaken. Spodnje e-kolo z jeklenim okvirjem podjetja Urwahn je bilo množično proizvedeno s kovinskim 3D-tiskanjem, da bi dosegli ravnovesje oblike, funkcije, lahke konstrukcije in materialov. Posebna elastika na zadnjem delu obesi zadnja kolesa in ustvari novo vrsto udobja med vožnjo, medtem ko jekleni okvir združuje motor in baterijo, pravijo v podjetju.
slika
△Urwahnovo 3D natisnjeno električno kolo z jeklenim okvirjem
Oblikovalski nasveti in programska oprema za velike natise
slika
△ 30-metrov visok 3D-natisnjen kip je sestavljen iz 365 posameznih 3D-natisnjenih delov, vsak del pa potrebuje 28 ur, da se natisne na 55 3D-tiskalnikih
Enodelno 3D tiskanje je pogosto idealno, ker odpravlja delo pri montaži, pospešuje proizvodnjo in izboljša strukturno celovitost, ker ni šivov ali površin. Če pa je natisnjeni predmet tako velik, da ga morate razdeliti na več delov, kako razdelite model na 3D-tiske?
● Za dokončanje velikega 3D-tiskanja lahko razdelite model neposredno v programski opremi CAD (kot je Fusion360 ali Solid Works), prednost katere je, da vam omogoča oblikovanje nekaterih pripomočkov za sestavljanje in poravnavo, kot so žeblji, izbokline in utori, ustnice, ali luknje in reže;
●Če boste samo lepili skupaj velike predmete ali uporabljali vijake (samo za močnejše materiale, kot je najlon, polnjen z ogljikovimi vlakni), lahko operacijo cepljenja prepustite rezalniku, kot je Cura. Segmentacija je hitra in avtomatizirana z uporabo mrežnih orodij podjetja Cura;
● Ko ročno segmentirate digitalni model, se izogibajte neposrednemu prehodu skozi področja podrobnosti ali podporna območja. izogibajte se razcepu na najšibkejši točki zasnove,
In sicer tista področja, ki so precej tanjša od preostalega modela.
Vrhunski 3D tiskalnik velike velikosti
slika
△Kovinski 3D-tiskalnik GEFERTEC Arc60x WAAM (Vir: Gefertec)
Če želite uporabiti 3D-tiskalnik za ustvarjanje delov, kot so veliki plastični deli, rekviziti in znaki, lahko uporabite 3D-tiskalnike z nitkami velikega formata, ki so v bistvu enaki namiznim tiskalnikom z nitkami. Nekateri tiskalniki lahko tiskajo z vzdržljivimi materiali tehničnega razreda.
Če želite biti večji od največjih tiskalnikov FDM (plus 1.600 x 1.200 x 1.300), boste potrebovali 3D-tiskalnik z robotsko roko, robotsko roko z glavo ekstruderja, pritrjeno na koncu. Postavite jih lahko na tirnice ali nadzemni portal, tako da je teoretično mogoče tiskati na velikost razpoložljivih tirnic. Guinnessov svetovni rekord za največji 3D-tiskalnik je sestav portalne ekstruzijske glave na Univerzi v Mainu, ki lahko doseže 30,000 x 6700,000 mm. Vendar ta tiskalnik ni naprodaj. Druga prednost tiskalnikov z robotsko roko je, da pogosto tiskajo z uporabo polimerov v bolj ekonomični obliki peletov
3D-tiski na osnovi smole na splošno ne morejo biti večji od 1,000mm, z nekaj izjemami, kot sta Kings 1700 Pro in 3D Systems ProX 950 zaradi izjemno dolgih časov tiskanja. Smola običajno traja dlje kot FDM.
slika
△Srednje velik betonski 3D-tiskalnik je odličen pri umetniških aplikacijah velikega formata
3D-tiskalniki za beton so cvetoče tržišče, ne samo za gradnjo doma, ampak za vse vrste betonskih opažev, pohištva, konstrukcij in celo lončkov za rastline in skulptur. 3D-tiskanje zelo velikih kovinskih delov se pogosto doseže s tehniko 3D-tiskanja z usmerjenim nanašanjem energije, kot je aditivna proizvodnja z električnim oblokom (WAAM). Te metode uporabljajo 3D tiskalno glavo, nameščeno na robotsko roko, ki ima širok doseg in je omejena samo z velikostjo roke.
